【暖通案例分析】某商业建筑空调系统优化设计

　　项目概况
　　该项目地上4层，地下1层，地上建筑面积32 200 m2，地下建筑面积16 600 m2。地下部分为超市及汽车库，地上为综合商场及仓库。
　　方案阶段，设计师按照常规设计做法在商场平面预留了多个空调机房的位置，但建设单位没有同意此设计方案，原因是空调机房占用了商场的营业面积，影响了开发商的利益。设计师无奈取消了全部的空调机房，改为吊顶式空调机组的做法，此设计方案称为方案1。
　　方案1由南方某设计公司设计，由于设计师缺乏对北方沿海地区气候特点、商业建筑运营情况等的全面了解，对室内照明散热量、人员数量等仅仅依赖设计手册选取。室外设计温度按照当地冬夏季计算温度计算，没有全面考虑过渡季节的气候情况和节能运行等问题，造成空调系统设计负荷偏大，室内空调设备、制冷主机等选择也存在着过大的问题。在项目实施阶段，建设单位的预算显示空调系统的投资偏高，遂请专家对空调系统设计进行会诊，专家提出了诸多修改意见，在采纳了专家意见，并对方案１进行优化后，设计出了方案2。

　　方案1设计情况
　　地下超市部分空调面积7 500 m2，空调形式为吊顶式空调机组加新风换气机。空调设计冷负荷1 065 kW，热负荷820 kW，新风量24 000 m3/h。
　　考虑到超市部分独立经营，空调动力站独立设置，设计了2台螺杆式冷水机组，冷水机组及配套设备参数见表1。地上商业部分１层对外商铺空调面积约800 m2，空调形式为风机盘管，无新风与排风，空调设计冷负荷120 kW，热负荷88 kW。地上1～4层商场空调面积29 300 m2，室内空调为吊顶式空调机组加新风换气机，采用热回收式新风换气机，集中设在4层屋面，此部分设计冷负荷7 602 kW，热负荷6 499 kW，新风量17 200 m3/h，此部
　　分空调通风设备总耗电量290 kW。商场部分空调动力站设计了3台直流变频式离心冷水机组，机组参数及配套设备见表2。

表1　方案1超市动力站设备

表2　方案1商场动力站设备

　　

　　方案2设计情况及解决的主要问题
　　方案2根据商场的使用功能进行空调系统设计。超市、商场、餐饮、影院、娱乐等设计了各自独立的系统。超市选用1台螺杆式冷水机组，商场部分为2台螺杆式冷水机组，4层的餐饮、娱乐、影院分别设空气源热泵机组。室内空调全部采用带热回收的组合空调机组形式。

　　1　设计时对商场的业态进行了全面了解，如地下超市拟对外整体出租，由租赁方对空调系统进行整体设计与安装，空调动力机房、室内设备布置根据承租方要求进行。空调主机设在独立机房内，配电、供水等单独计量。对于地上1层的对外商铺考虑业主的独立经营，经营时间与大商场可能存在不一致的问题，建议采用分体空调形式，由业主自行选择设备并安装。地上1～3层以百货、服装、家电为主要经营内容，制冷主机设计2台螺杆式冷水机组。4层划分为餐饮、娱乐、影院等区域，采用独立的空气源热泵机组，各功能区系统相对独立、单独控制。虽然制冷主机数量增加了，形式也多样化，但各系统设备配置合理，运行灵活，管理方便。

　　2　空调室内设计温度，冬季18 ℃，夏季26 ℃。室内通风换气在商场空调通风设计时相当重要。如果空调季节无限制地增加新风量无疑将会增加空调系统的能耗。本工程商场人员数量按照当地商业建筑的人流情况以及参考相关的设计手册或技术措施选取，地下超市按0.3人/m2，１层商场业态为化妆品与首饰，人员密度按照0.15人/m2取值，2层服装按0.25人/m2取值，3层家电、家纺等按0.15人/m2取值，4层根据经营确定的人数及换气次数等综合考虑计算取值。商场、超市新风量按20 m3/（人•h），4层餐饮、娱乐、影院等新风量按25 m3/（人•h）设计。餐饮部分厨房补风优先考虑自补风式抽油烟罩。空调负荷及新风量计算结果见表3。

表3　商场部分空调负荷及新风量统计

　　3　商场末端空调系统由吊顶式机组改为带热回收的组合空调机组。方案1室内采用吊顶式机组，节省出的空调机房面积可以增加开发商的收益，但同时带来的问题也是不可避免的。吊顶内设备较多、安装费用较高、运转设备多、运行管理工作量大、维护管理麻烦，空调冷凝水排放、空调过滤网清洗、空调水管结露、水力平衡等对设计质量、安装质量要求都较高。方案2采用的组合空调机组设在专用的空调机房内，方便维护管理，维修管理时不会影响到商场的正常营业，也不会因为吊顶内的冷凝水或者管道检修等问题影响到商家的正常经营。同时由于组合空调机组可以实现机组的自动控制，诸如风机控制、水阀控制、新风量按季节控制等，达到节能、舒适、可靠的目的。烟台市地处山东半岛中部，属于暖温带大陆性季风气候，与同纬度内陆地区相比具有雨水适中、空气湿润、气候温和的特点。烟台的年平均气温12.6 ℃，最冷月（1月）平均温度－1.2 ℃，最热月（8月）平均温度24.8 ℃。年平均风速内陆地区3～4 m/s，沿海地区4～6 m/s。组合空调机组可以采用全新风模式运行（过渡季节近3个月，最热月的早晚时段）。组合空调机组选用带新风热回收的方式，机组的空气处理方式及自控图见图1。鉴于全空气系统存在上述诸多优点，最终建设单位采纳了专家的建议，同意根据空调设计需要在商场内设置空调机房的方案。

图1　机组的空气处理方式及自控图

　　　4　方案2与方案1设计参数对比（见表4）。

表4　两方案设计参数对比

　　

　　5　方案2动力站设计选型（见表5～7）。

表5　方案2超市动力站设备

表6　方案2商场动力站设备

表7　4层餐饮娱乐部分设备配置

　　

　　6　方案1，2主机制冷量及设备功率等参数对比见表8，空调系统各耗电设备耗电量比例见表9，空调系统总投资对比见表10。

表8　制冷主机参数对比

注：空调总面积37 650 m2。

表9　空调系统各设备耗电量比例 ％

表10　空调系统总投资对比

　　7　空调运行费用计算：当地空调每年运行时间是５月中旬至10月中旬，约150 d，每天09：00—21：00运行12 h，电价0.68元/（kW•h），取运行系数0.65，方案1，2夏季运行费用分别为152.3万元和102.8万元。方案2每年节约电费约49.5万元。

　　8　室内采用吊顶式空调机组的优点是可以节约空调机房的面积，这对开发商来说是比较重要的。方案2设计的空调机房面积为680 m2，本着不占用商场经营有利位置的原则，一般设在边、角部，同时对于1，2层出租价格比较高的楼层尽量不设空调机房，1层的空调机房设在地下1层，2层的空调机房合并在3层布置，充分展示空调为经营服务的理念。按当地商业建筑出租价格以及业主对租金的预期估算，空调机房所占面积使业主年收入减少约50～80万元。基本与运行节约的电费相等。

　　结论
　　1　一个好的空调系统设计要求设计师深入了解当地商业建筑的运行情况，不能闭门造车，更不能照搬手册和只听建设单位的意见，应结合当地的气候特点、商场经营情况综合考虑，并进行经济技术比较，确定最佳方案。本工程通过对比，优化了设计方案，为建设单位节省了设备初投资及运行费用，并且提供了方便、简单的运行管理方式，可谓一举多得。
　　2　大型商业建筑应尽量采用全空气系统，将组合空调机组设在独立的空调机房内，方便集中控制和维修管理，并可以兼顾过渡季节运行。过渡季节全新风运行的设计理念，缩短了主机开机时间，降低了运行费用，改善了室内空气品质，满足人们购物、休闲、娱乐过程中对健康的关注。